TEL
+ 86-21-6420 0566
Мембранные материалы: конструкция, типы и применение
1. Определение и основная функция
- Мембранные материалыпредставляют собой тонкие, селективные барьеры, которыеконтролировать транспортвеществ (жидкостей, газов, ионов) между фазами.
- Основные функции:
- Фильтрация(например, удаление загрязняющих веществ из воды).
- Отделение(например, выделение газов или биомолекул).
- Политика сдерживания(например, электролиты топливных элементов).
- Критерий дизайна:
- Проницаемостьпротив избирательность.
- Долговечностьпод действием механических, термических или химических нагрузок.
2. Типы мембранных материалов
| Класс материала | Примеры | Структура | Приложения |
|---|---|---|---|
| Полимеры | Полиамид (PA), полисульфон (PSF), поливинилиденфторид (PVDF) | Пористый (УФ, МФ) или плотный (РО) | Опреснение воды, гемодиализ, разделение газов |
| Керамический гранулированный песок для гидроразрыва | Глинозем (Al₂O₃), Цирконий (ZrO₂), Титан (TiO₂) | Микропористый/нанопористый | Агрессивные условия (высокие температуры, кислоты), очистка газа |
| Драгоценные металлы | Палладий (Pd), Нержавеющая сталь | Плотный или пористый | Очистка водорода, каталитические реакторы |
| Композитный | Тонкопленочный композит (TFC), Мембраны со смешанной матрицей (MOF-полимер) | Многослойный или гибридный | Обратный осмос (RO), улавливание CO₂ |
3. Мембранные структуры
- Пористые мембраны:
- Микрофильтрация (МФ): Поры 0.1–10 мкм (удаляет бактерии, твердые частицы).
- Ультрафильтрация (УФ): Поры 2–100 нм (белки, вирусы).
- Нанофильтрация (НФ): Поры <2 нм (двухвалентные ионы, красители).
- Плотные (непористые) мембраны:
- Обратный осмос (RO): Полупроницаемый для отталкивания солей/ионов.
- Газоразделение: Избирательно проникает в газы (например, O₂/N₂).
4. Ключевые свойства
| Объект | Влияние |
|---|---|
| Проницаемость | Определяет скорость потока (например, высокая в ПВДФ для МФ). |
| Селективность | Способность различать молекулы (например, PA-TFC для RO). |
| Химическая устойчивость | Критично для кислых/щелочных сред (керамика > полимеры). |
| Термостойкость | Керамика выдерживает температуру >500°C; большинство полимеров разлагаются при температуре <150°C. |
| Механическая сила | Металлические мембраны выдерживают высокое давление. |
5. Промышленные и технологические применения
- Очистка воды:
- Обратный осмос (RO): Полиамидные мембраны TFC для опреснения морской воды.
- Электродиализ (ЭД): Ионообменные мембраны для очистки солоноватой воды.
- Медицина и биотехнологии:
- гемодиализ: Мембраны PSF/PES для удаления токсинов.
- Доставка лекарств: Липосомальные или полимерные мембраны для контролируемого высвобождения.
- Энергия и топливные элементы:
- Протонообменные мембраны (ПОМ): Nafion® в водородных топливных элементах.
- Сепараторы аккумуляторов: Полиолефины с керамическим покрытием для литий-ионных аккумуляторов.
- Еда и напитки:
- Молочная переработка: УФ-мембраны для концентрации белков.
- Осветление вина: Мембраны МФ для удаления дрожжей/микробов.
- Химическая обработка:
- Нанофильтрация органических растворителей (OSN): Мембраны ПИ для восстановления катализаторов.
- Газоразделение: Цеолитовые мембраны для разделения H₂/CO₂.
Фабрика и отгрузка
